基于Node.js实现WebSocket 服务器

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WebSocket

WebSocket是HTML5新增的协议，它的目的是在浏览器和服务器之间建立一个不受限的双向通信的通道，比如说，服务器可以在任意时刻发送消息给浏览器。任何一方都可以主动发消息给对方。

HTTP协议是一个请求－响应协议，请求必须先由浏览器发给服务器，服务器才能响应这个请求，再把数据发送给浏览器。换句话说，浏览器不主动请求，服务器是没法主动发数据给浏览器的。

WebSocket协议

WebSocket并不是全新的协议，而是利用了HTTP协议来建立连接。我们来看看WebSocket连接是如何创建的。

首先，WebSocket连接必须由浏览器发起，因为请求协议是一个标准的HTTP请求，格式如下：

GET ws://localhost:3000/ws/chat HTTP/1.1
Host: localhost
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Origin: http://localhost:3000
Sec-WebSocket-Key: client-random-string
Sec-WebSocket-Version: 13

该请求和普通的HTTP请求有几点不同：

1. GET请求的地址不是类似/path/，而是以ws://开头的地址；
2. 请求头Upgrade: websocket和 Connection: Upgrade表示这个连接将要被转换为WebSocket连接；
3. Sec-WebSocket-Key是用于标识这个连接，并非用于加密数据；
4. Sec-WebSocket-Version指定了WebSocket的协议版本。

随后，服务器如果接受该请求，就会返回如下响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: server-random-string

该响应代码101表示本次连接的HTTP协议即将被更改，更改后的协议就是Upgrade: websocket指定的WebSocket协议。

版本号和子协议规定了双方能理解的数据格式，以及是否支持压缩等等。如果仅使用WebSocket的API，就不需要关心这些。

现在，一个WebSocket连接就建立成功，浏览器和服务器就可以随时主动发送消息给对方。消息有两种，一种是文本，一种是二进制数据。通常，我们可以发送JSON格式的文本，这样，在浏览器处理起来就十分容易。

为什么WebSocket连接可以实现全双工通信而HTTP连接不行呢？

实际上HTTP协议是建立在TCP协议之上的，TCP协议本身就实现了全双工通信，但是HTTP协议的请求－应答机制限制了全双工通信。WebSocket连接建立以后，其实只是简单规定了一下：接下来，咱们通信就不使用HTTP协议了，直接互相发数据吧。

安全的WebSocket连接机制和HTTPS类似：

首先，浏览器用wss://xxx创建WebSocket连接时，会先通过HTTPS创建安全的连接，然后，该HTTPS连接升级为WebSocket连接，底层通信走的仍然是安全的SSL/TLS协议。

浏览器

很显然，要支持WebSocket通信，浏览器得支持这个协议，这样才能发出ws://xxx的请求。目前，支持WebSocket的主流浏览器如下：

• Chrome
• Firefox
• IE >= 10
• Sarafi >= 6
• Android >= 4.4
• iOS >= 8

服务器

由于WebSocket是一个协议，服务器具体怎么实现，取决于所用编程语言和框架本身。Node.js本身支持的协议包括TCP协议和HTTP协议，要支持WebSocket协议，需要对Node.js提供的HTTPServer做额外的开发。已经有若干基于Node.js的稳定可靠的WebSocket实现，我们直接用npm安装使用即可。

使用ws实现

要使用WebSocket，关键在于服务器端支持，这样，我们才有可能用支持WebSocket的浏览器使用WebSocket。

ws模块

在Node.js中，使用最广泛的WebSocket模块是ws

使用

1、创建文件夹

2、npm init -y   创建package.json

3、安装 ws模块： npm i ws

4、添加index.js 编写webSocket服务端代码

const WebSocket = require('ws')

const WebSocketServer = WebSocket.Server;

//在4000端口上打开了一个WebSocket Server，该实例由变量wss引用。
const wss =new WebSocketServer({
    port:4000
})

//如果有WebSocket请求接入，wss对象可以响应connection事件来处理这个WebSocket：
wss.on('connection',function(ws){  //在connection事件中，回调函数会传入一个WebSocket的实例，表示这个WebSocket连接。
    console.log(`[SERVER] connection()`);
    ws.on('message',function(message){  //我们通过响应message事件，在收到消息后再返回一个ECHO: xxx的消息给客户端。
        console.log(`[SERVER] Received:${message}`);
        ws.send(`ECHO:${message}` ,(err)=>{
            if(err){
                console.log(`[SERVER] error:${err}`);
            }
        })
    })
})

5、创建WebSocket连接

如何真正创建WebSocket并且给服务器发消息呢？方法是在浏览器中写JavaScript代码。

但是在浏览器console中写代码比较麻烦，

其实ws模块既包含了服务器端，又包含了客户端。ws的WebSocket就表示客户端，它其实就是WebSocketServer响应connection事件时回调函数传入的变量ws的类型。

编写客户端代码 client.js：

const WebSocket =require('ws')
let ws = new WebSocket('ws://localhost:4000/test');

// 打开WebSocket连接后立刻发送一条消息:
ws.on('open', function () {
    console.log(`[CLIENT] open()`);
    ws.send('Hello!');
});

// 响应收到的消息:
ws.on('message', function (message) {
    console.log(`[CLIENT] Received: ${message}`);
})

执行：node client.js